Volume 55, Issue 7-8

Ermüdungsrisse gehen in technischen Materialien in der Regel von Werkstoffdefekten auf oder nahe der Oberfläche aus. Bei Schweißverbindungen können Schweißnahtdefekte, z. B. oberflächennahe Schlackeneinschlüsse die Risseinleitungsphase erheblich verkürzen, so dass der Hauptteil der Lebensdauer auf die Phase der Kurzriss- und zu geringerem Anteil auf die Langrissausbreitung entfällt. Bei nichtgeschweißten Bauteilen aus technischen Werkstoffen starten Ermüdungsrisse häufig an Einschlüssen, oberflächennahen Poren oder anderen Ungänzen. Einerseits ermöglicht dies prinzipiell die Anwendung bruchmechanischer Methoden zur Ermittlung der Schwingfestigkeit, andererseits müssen die Methoden in der Lage sein, spezielle Aspekte des Kurzrisswachstums wie den graduellen Aufbau des Rissschließeffekts und die lokale Rissspitzenplastizität zu erfassen. Im Beitrag werden ein geeignetes analytisches Modell sowie erste Validierungen an Proben aus verschiedenen Aluminiumlegierungen vorgestellt. Der abschließende Teil des Beitrags geht auf Besonderheiten von Schweißverbindungen (Schweißnahtdefekte, Eigenspannungen etc.) im Kontext des vorgestellten Modells ein. Eine Erweiterung des Modells für Schweißverbindungen aus Stahl wird im Rahmen eines kürzlich gestarteten DFG-AiF-Clusterprojekts erfolgen.

Der vorliegende Beitrag vergleicht die beiden Leichtmetallknetlegierungen AlMg3,5Mn und MgAl3Zn1 auf Basis von Schwingfestigkeitsergebnissen laserstrahlgeschweißter Überlappverbindungen. Die Versuche wurden sowohl unter reiner Axial- und Torsionsbelastung als auch kombiniert mit konstanten und veränderlichen Hauptspannungsrichtungen durchgeführt. Die Ergebnisse werden mit dem Referenzradiuskonzept r ref = 0,05 mm bewertet und mit zulässigen Beanspruchbarkeiten aus einem Regelwerk verglichen. Des Weiteren werden zwei spannungsbasierte Methoden zur Bewertung der Beanspruchungsmehrachsigkeit vorgestellt.

In dieser Arbeit wurde eine Bewertungsmethodik untersucht, mit der das komplexe Versagensverhalten von geschweißten Verbindungen beschrieben werden kann. Die Bewertung erfolgt dabei auf Basis eines Zwei-Phasen-Modells, in dem die Berechnung der Anrisslebensdauer und der Rissfortschrittslebensdauer getrennt durchgeführt wird. Die Anrisslebensdauer wird basierend auf dem Kerbspannungskonzept mit Spannungsmittelung nach Neuber sowie der Theorie des kritischen Abstandes nach Taylor berechnet. Die Makro-Rissfortschrittslebensdauer wird ausgehend von FE-Analysen unter Verwendung von bruchmechanischen Kennwerten bestimmt. Die untersuchten Methoden lieferten bei der Abschätzung der Anrisslebensdauer gute Ergebnisse. Beim Vergleich der berechneten Spannungsintensitätsfaktoren zeigen sich Unterschiede in Abhängigkeit von den verwendeten Berechnungsansätzen. Es zeigte sich, dass die eingesetzten Methoden für den industriellen Einsatz weiter verbessert werden sollten.

Selektives Laserschmelzen (SLM) gehört zu den additiven Fertigungsverfahren (AM) und gewinnt zunehmend an Bedeutung. Im Fokus dieses Beitrags stehen Ergebnisse der Untersuchungen an zyklisch belasteten SLM-Bauteilen aus der Titan-Aluminium-Legierung TiAl6V4. Hierzu wurden Experimente zur Bestimmung der Schwingfestigkeit sowie zur Charakterisierung des bruchmechanischen Materialverhaltens durchgeführt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass z. B. die Dauerfestigkeit und der Schwellenwert des Materials gegen Ermüdungsrissausbreitung beim SLM-Verfahren niedriger sind als die des Grundmaterials. In dieser Arbeit wird jedoch gezeigt, wie durch gezielte Wärmebehandlungsmethoden die Materialkenndaten der SLM-Bauteile verbessert werden können.

Aufgrund der immer kürzer werdenden Entwicklungszeiten und des zunehmenden Kostendrucks bei der Entwicklung von Fahrzeugen und Komponenten wird die virtuelle Entwicklung weiter an Stellenwert gewinnen. Am Beispiel einer Verbundlenkerachse wird gezeigt, welche Kriterien bei der Auslegung dieses Bauteils berücksichtigt werden müssen, deren Verifizierung und Optimierung kontinuierlich über geeignete Test- und Untersuchungsverfahren erfolgen muss. Durch die virtuelle Validierung werden die Fertigungsprozesse variabel festgelegt, die notwendig sind, um die Anforderungen hinsichtlich Betriebsfestigkeit sicher zu erfüllen. In Kombination mit geeigneten Werkstoffen und Halbzeugen leisten diese einen wichtigen Beitrag zum Leichtbau und zur damit verbundenen Einsparung von CO 2 .

Um die Geometrieeinflüsse von Schweißnahtenden genau erfassen zu können, wurden repräsentative Nähte mit einem hochauflösenden dreidimensionalen (3D) Scanner aufgenommen. Aus den gescannten Oberflächen konnten Volumenmodelle erstellt und anhand der Methode der finiten Elemente (FEM) elastizitätstheoretische Kerbspannungen berechnet werden. Aus diesen Ergebnissen wurde ein idealisiertes Nahtendmodell abstrahiert, welches in Bezug auf Größe und Verteilung nahezu die gleichen Kerbspannungen liefert wie die reale Geometrie. Zur Übertragbarkeit der Schwingfestigkeitsdaten wurde der spannungsmechanische und statistische Größeneinfluss in neuer Form kombiniert. Zur Lösung dieses Ansatzes wurde das numerische Verfahren NuMeSiS erarbeitet.

Kurzfassung Die Einpresstechnik ist eine kalte Kontaktiertechnologie und stellt eine Verbindung zwischen der Leiterplatte, die die Logikbauelemente trägt, und den äußeren Anschlüssen des Steuergeräts her. Die Hauptfunktion der Einpress verbindungen ist der Transport elektrischer Signale und Leistungen. Abhängig von der Konstruktion kann als weitere Funktion die mechanische Fixierung der Leiterplatte auftreten. Die Zuverlässigkeitsanforderung erfordert, dass die Funktionen über der Lebensdauer erhalten bleiben. Um die Funktionen unter zyklischer Belastung ermitteln und Veränderungen beobachten zu können, wurde ein Modellkörper für die Einpressverbindungen entwickelt. Weiterhin wurde ein geeigneter Prüfstand gebaut, mit dem die in der Fertigung und im Betrieb auftretenden Belastungen abgebildet wurden. Die Fehlerbilder der Einpressverbindungen und deren Schädigungsmechanismen, die durch zyklische Belastungen auftreten können, wurden am Modellkörper erarbeitet. Dabei war der Fokus auf die Kontaktzone gerichtet, die als Fügestelle zwischen Einpresspin und Leiterplattenhülse eine mögliche Schwachstelle darstellt. Es wurde gezeigt, dass der elektrische Übergangswiderstand der Kontaktzone durch vollflächige Reibkorrosion zu einem funktionalen Ausfall der Einpressverbindung führt. Eine Korrelation zwischen der mechanischen Festigkeit der Kontaktzone und dem Verhalten des Übergangswiderstands bei zyklischer Belastung wurde hergestellt. Dabei wurden die multiphysikalischen Eigenschaften der Fügestelle mit dem Ziel ausgenutzt, den Schädigungsmechanismus der vollflächigen Reibkorrosion über der Lebensdauer zu vermeiden. Eine geeignete Prüfmethode zur experimentellen Ermittlung der dreidimensionalen Belastbarkeit wurde entwickelt.

Kurzfassung Der zunehmende Anteil an Faserverbundbauteilen in Karosseriestrukturen macht den Einsatz neuartiger Fügeverfahren zwischen Stahl und Faserverbundwerkstoffen erforderlich. Auf Grund der lokalen hohen Auslastung sind für diese Leichtbaufügeverfahren qualifizierte Betriebsfestigkeitsnachweismethoden notwendig. Der vorliegende Beitrag stellt die aktuellen Ergebnisse eines laufenden Methodenprojektes für die Betriebsfestigkeitsbewertung von Leichtbauklebeverbindungen vor. Nach einer Schilderung des Standes der Technik werden anhand von Versuchsergebnissen die unterschiedlichen Einflüsse wie Belastungsart, Umgebungs-temperatur etc. auf die zyklischen und statischen Festigkeitseigenschaften aufgezeigt sowie die Haupteinflussgrößen identifiziert. In einem zweiten Schritt werden die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Betriebsfestigkeitsbewertungsmethoden solcher Klebeverbindungen anhand der Versuchsergebnisse identifiziert. Im Ausblick werden geplante Versuche an bauteilnahen Prüfkörpern zur Modellvalidierung vorgestellt sowie die bislang gewonnenen Erkenntnisse zusammengefasst.

Kurzfassung Hinterleuchten stellt eine oft unerkannte Fehlweisung in der radiographischen Abbildung mit Flächendetektoren dar, die durch diffuse Umverteilung der Intensität verursacht wird. Dieser Effekt kann die korrekte Transmissions-Intensität eines Probekörpers gemäß dem Lambert-Beer'schen Gesetz erheblich verfälschen. Hinterleuchten wird sowohl mit Bremsstrahlung von Röntgenröhren als auch mit monochromatischer Synchrotronstrahlung beobachtet. Die fehlerhaft reduzierten Schwächungskoeffizienten von einigen 10 % korrelieren mit der Strahlschwächung und dem direkt bestrahlten Detektorbereich. Für eine einfache numerische Korrektur des Hinterleuchtens werden lediglich integrale Intensitätswerte benötigt.

Kurzfassung Die Arbeitsgruppe 5 der Europäischen Föderation für Zerstörungsfreie Prüfung (EFNDT Working Group 5 “Public Security and Safety”, EFNDT WG 5) verfolgt weiterhin das Ziel, organisatorisch weit auseinanderliegende Zuständigkeiten und Arbeitsgebiete zusammenzuführen, die weitgehend mit gleichen, zumindest ähnlichen Prinzipien und Methoden arbeiten. Auf der Suche nach neuen Wegen stoßen beide Seiten auf Gemeinsamkeiten. Dies gilt auch für neue Ansätze und Bewertungsmethoden von Techniken, mit denen Risiken vermindert werden sollen. Hierzu hat in Berlin ein Workshop im Oktober 2012 stattgefunden, auf dem parallele Projekte zur Container- und Frachtsicherheit zusammengeführt werden konnten. Herausgestellt wurde die Komplementarität der laufenden Projekte, gemeinsame Aspekte sollen künftig auch zusammen bearbeitet werden. Darüber hinaus wurden neue Methoden und Vorgehensweisen vorgestellt, aber auch die Sichtweise der Europäischen Kommission mit ihren Vorstellungen zu einem europäischen Markt für Sicherheitstechnik dargestellt. Angesprochen wurden bestehende und vorgeschlagene europaweite Regulierungen und das europäische Referenznetz zum Schutz kritischer Infrastrukturen (ERNCIP), welches ein Netzwerk von Laboratorien für den Test von Sicherheitstechnik zum Ziel hat. Auf technischem Sektor standen Methoden im Vordergrund, mit denen die Gesamtmenge eines Gefahrstoffes wie z. B. Sprengstoff erkannt werden kann, und nicht nur Spuren als indirekter Hinweis. Die Arbeitsgruppe konnte somit erstmalig ein neutrales Forum für parallel laufende Projekte zur öffentlichen Sicherheit zur Verfügung stellen. Die auf den Workshops 2010 bis 2012 in Berlin gehaltenen Vorträge sind auf der Webseite des EFNDT WG 5 im geschützten Bereich zu finden. Nicht alles davon ist geeignet, es der allgemeinen Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Deshalb sind alle Vorträge aus den Workshops in einem passwortgeschützten Verzeichnis abgelegt. Die Erteilung des Passwortes erfolgt über den Convenor der Arbeitsgruppe durch die EFNDT. Eine Erweiterung dieser Struktur zu einem Austauschforum ist vorgeschlagen. Zur Teilnahme daran sind nicht nur Mitglieder in den Gesellschaften für zerstörungsfreie Prüfung eingeladen, sondern auch diejenigen, die in den Anwendungsgebieten zur öffentlichen Sicherheit tätig sind.

This research studied properties of (Ti,Cr)N film prepared by co-deposition from dual unbalanced DC magnetron sputtering techniques at various temperatures. All samples were prepared at different growth temperatures for (Ti,Cr)N compound layer with atomic ratio Ti: Cr approximately 1: 1. The lattice parameter of the film is 4.18 Å, which is a value between those of TiN and CrN. It was found that both hardness and adhesion increased with an increase of growth temperature. The highest hardness value obtained is 24.78 GPa for film growth at 190 °C and film adhesion was significantly improved by increasing growth temperature. The growth temperature also plays an important role on corrosion resistance. E corr increases from −466 mV to −195 mV, while I corr decreases from 188.21 nA/cm 2 to 3.20 nA/cm 2 with increasing the growth temperature to 190 °C. At highest growth temperature surface roughness decrease. The improved properties, both mechanical and corrosion properties, as well as surface uniformity are due to the change of film structure from columnar to equiaxial, which produces a denser film.

Real-time measurement of river flow velocity below the ice in winter is a tough problem. An experimental apparatus of a new thrust flow transducer based on the properties of particle phase is proposed in this paper. The traction cable's pull force which is given by the floating ball in the fluid can be measured by the experimental apparatus. Then the force values of the rigid floating ball are used to calculate fluid thrust on the floating ball. Finally, the velocity can be evaluated by an empirical formula between the fluid velocity and fluid thrust on the floating ball. Such a new thrust flow transducer is simple and requires only low costs. It can not only be used for measuring the surface velocity of rivers, water channels, lakes, and oceans, but can also be used for automatic measuring the velocity of water including frazil slush which is found below the ice sheets of rivers, water channels, lakes, and oceans in freezing conditions.

The modal properties of aluminum-based (AlSi7) metallic foam, produced by powder metallurgy technique, as a function of foam density (and thus pore size and amount of porosity) were investigated. In the experimental studies, 1 wt.-% TiH 2 and 7 wt.-% Si powders were added to aluminum powder and they were mixed in a three dimensional turbola mixer for 30 minutes. Mixed powders were compacted, extruded and rolled to produce the precursor samples. AlSi7 foam samples with the dimensions of 18.7 cm × 2.6 cm × 1.6 cm were produced after foaming at 690 °C. After all, the natural frequencies and the modal loss factors of a few foam samples with different pore distributions and/or densities were determined using the frequency response functions measured on the test samples. The results show that the densities of the foam samples decrease with increasing pore size and amount of porosity, and the modal loss factors of foam samples increase as foam density decreases.

Aluminum foams, produced via powder metallurgical (PM) process, normally require the addition of ceramic particles in compaction stage, in order to increase both foamability of precursors and mechanical properties of the final foam products. Bottom ash particles are a by-product waste obtained from thermoelectric power plants which are commonly found to be used in landfill facilities. The major chemical constituent, approximately between 30 wt.-% and 60 wt.-%, of bottom ash particles is SiO 2 , depending on chemical composition in coal, sintering condition and environment, and other process parameters. In this study, we explore the feasibility of utilizing bottom ash particles of thermoelectric power plant wastes as stabilizer in aluminum foams. A small amount of two-size bottom ash particles (mean size of 78 µm and 186 µm), between 1 wt.-% and 5 wt.-%, have been added to aluminum foams. Foam expansion, macro- and microstructures as well as mechanical properties, such as compressive strength and microhardness, were investigated. The results from the present study suggest that bottom ash particles can be used as a stabilizing material which can improve both cellular structure and mechanical properties of aluminum foams.

A new method for the interpolation of biaxial anisotropy of elastic modulus of thin-plate polycrystalline elements has been developed. The dependence of shear modulus and modulus of longitudinal elasticity as a function of an angular distribution of Poisson's ratio, achieved by the method of ultrasonic critical-angle refractometry (UCR), has been derived.